【4200 SMU应用文章】之实例篇：支持千倍以上负载电容的灵敏测试

作者：泰克科技

使用长电缆或电容夹头的测试设置会增加测试仪器输出的电容，导致测量结果不准确或不稳定。当输出或扫描直流电压并测量异常灵敏的低电流时，能观察到这种效应。为了应对这些挑战，泰克为吉时利4200A-SCS参数分析仪引入了两个新的源测量单元（SMU）模块，即使在测试连接电容较高的应用中，该模块也可以进行稳定的低电流测量。

节能的要求越来越高，这就需要越来越低的电流，这是一个日益严峻的测量挑战，如测试智能手机或平板电脑的大型LCD面板。高电容测试连接可能会出现问题的应用，还包括：探卡上的纳米FET I-V测量，使用长电缆的MOSFET的传输特性，开关矩阵的FET测试以及电容泄漏测量。

支持1000倍以上的电容

与其他灵敏SMU相比，新的吉时利4201中功率SMU和4211高功率SMU（带有可选的4200-PA前置放大器）提升了最大负载电容。在最低支持电流范围内，4201-SMU和4211-SMU可以提供和测量的系统电容是目前SMU容量的1000倍。例如，如果电流在1至100 pA之间，则新的吉时利模块可以处理高达1 μF（微法拉）的负载。相比之下，在不降低测量精度的情况下，同类产品的最大负载电容在该电流水平上的承受能力仅为1,000 pF。

对于面临这些问题的客户，新模块是很宝贵的补充，不仅节省排除故障的时间，还可以节省开支。当测试工程师或研究人员发现测量错误时，他们首先需要追踪其来源。这本身可能需要花费大量时间，并且他们还需要先探索许多可能的原因，然后才能缩小范围。一旦发现原因是系统电容，就必须调整测试参数，电缆长度，甚至重新安排测试设置。这不是理想选择。

实际中，新的SMU模块是如何工作的呢？让我们来看一下平板显示器测试过程中和纳米FET研究中的几个关键应用。

示例1：平板显示器上的OLED像素驱动器电路

OLED像素驱动器电路印刷在平板显示器上的OLED器件旁边。通常，它们的直流特性是通过将SMU开关矩阵连接起来，然后使用12-16m长的三轴电缆连接到LCD探针台上来测量的。由于需要连接很长的电缆。因此，测试中经常出现不稳定的低电流。这种不稳定性在OLED驱动电路的饱和曲线(橙色曲线)和线性曲线(蓝色曲线)中很明显，当使用传统SMU连接DUT进行测量时，结果如下图所示。


使用传统SMU测量的OLED的饱和度和线性I-V曲线。

但是，当在DUT的漏极端子上使用4211-SMU重复进行这些I-V测量时，I-V曲线将保持稳定，如下所示。问题解决了。


使用新型4211-SMU测量的OLED的饱和度和线性I-V曲线。

示例2：具有公共栅极和探卡电容的纳米FET

纳米FET和2D FET测试时器件的一个端子通过探针台的卡盘与SMU连接。卡盘的电容可能高达几个纳米级，在某些情况下，有必要使用卡盘顶部的导电垫与栅极接触。同时，同轴电缆也会增加额外的电容。

为了评估新的SMU模块，将两个传统的SMU连接到2D FET的栅极和漏极，从而产生下面的嘈杂的Id-Vg磁滞曲线。


使用传统SMU测量的2D FET的噪声Id-Vg磁滞曲线。

但是，当两个4211-SMU连接到同一设备的栅极和漏极时，产生的磁滞曲线平滑且稳定，如下所示，这解决了研究人员可能需要克服的主要障碍。


用两个4211-SMU测量的平滑且稳定的Id-Vg磁滞曲线。

订购4201-SMU和4211-SMU并预先配置4200A-SCS，以配置全参数分析解决方案或对现有设备进行现场升级。无需将设备发送到服务中心即可轻松地在现场完成升级，从而可以节省数周的停机时间。有关更多信息，来这里https://www.tek.com.cn/keithley-4200a-scs-parameter-analyzer。